Bahan anoda baterai lithium dan masa depan
Baterai lithium-ion adalah baterai sekunder yang dapat diisi ulang, yang terutama terdiri dari lima bagian utama: elektroda positif, elektroda negatif, elektrolit, pemisah dan pengumpul arus.
Fungsi utama dari bahan elektroda positif dan negatif adalah untuk membuat ion lithium lebih bebas diekstraksi / dimasukkan, sehingga mewujudkan fungsi pengisian dan pemakaian.
Selama proses pengisian, ion lithium diekstraksi dari bahan elektroda positif dan dimasukkan ke dalam bahan elektroda negatif yang sesuai melalui elektrolit. Pada saat yang sama, elektron mengalir keluar dari elektroda positif melalui sirkuit eksternal dan mengalir ke elektroda negatif;
Ketika baterai lithium habis, ion lithium diekstraksi dari elektroda negatif dan dimasukkan kembali ke dalam bahan elektroda positif melalui elektrolit. Pada saat yang sama, elektron mengalir dari elektroda negatif ke elektroda positif melalui sirkuit eksternal.
Apa bahan anoda baterai lithium?
Bahan elektroda negatif adalah pembawa ion lithium dan elektron dalam proses pengisian baterai, dan memainkan peran penyimpanan dan pelepasan energi. Ini adalah salah satu faktor kunci yang menentukan kinerja baterai lithium-ion dan memegang sumber kehidupan keselamatan baterai daya.
Bahan elektroda negatif yang ideal harus memiliki setidaknya 7 kondisi berikut:
1. Potensi kimia rendah, membentuk perbedaan potensial yang besar dengan bahan elektroda positif, sehingga memperoleh baterai berdaya tinggi;
2. Ini harus memiliki kapasitas siklus spesifik yang lebih tinggi;
3. Li+ harus mudah dimasukkan dan diekstraksi ke dalam bahan elektroda negatif, dan memiliki efisiensi coulombik yang tinggi, sehingga dapat terjadi tegangan pengisian dan pengosongan yang relatif stabil selama proses ekstraksi Li+;
4. Konduktivitas elektronik dan konduktivitas ion yang baik;
5. Ini memiliki stabilitas yang baik dan tingkat kompatibilitas tertentu dengan elektrolit;
7. Sumber bahan harus kaya akan sumber daya, harga rendah, proses pembuatannya sederhana; aman, hijau dan bebas polusi.
Bahan anoda yang memenuhi kondisi di atas pada dasarnya tidak ada saat ini, sehingga penelitian tentang bahan anoda baru dengan kepadatan energi tinggi, kinerja keselamatan yang baik, harga murah, dan bahan yang mudah didapat telah menjadi tugas mendesak, yang juga menjadi topik hangat di bidang penelitian baterai lithium pada tahap ini.
Eksplorasi dan masa depan bahan anoda untuk baterai lithium
Material komposit Graphene/Zirconium Hydrogen Phosphate (ZrP) digunakan sebagai bahan elektroda negatif baterai lithium, yang dapat mengatasi konduktivitas bahan baterai.
Masalah sifat listrik yang buruk dan efek ekspansi volume yang serius memiliki karakteristik stabilitas siklus yang kuat dan konduktivitas listrik yang kuat.
1. Mekanisme penyimpanan lithium dari komposit graphene / ZrP
1. Perilaku penyimpanan lithium dari bahan graphene
Graphene memiliki saluran transmisi elektron dan ion yang lebih baik, yang bermanfaat untuk mempercepat laju pengisian dan pengosongan. Ketika graphene digunakan sebagai bahan elektroda negatif, rumus reaksi kimianya adalah sebagai berikut:
Meskipun graphene memiliki tingkat difusi Li+ yang tinggi dan memiliki kapasitas tinggi selama proses pengisian dan pengosongan pertama saat digunakan sebagai bahan elektroda negatif untuk baterai lithium, kapasitas graphene akan cepat meluruh setelah beberapa siklus pengisian dan pengosongan lengkap dan tidak dapat digunakan sendiri. Bahan anoda baterai lithium, ini karena bahan graphene akan bereaksi dengan elektrolit baterai lithium selama pengisian dan pengosongan pertama, dan permukaan kontak dengan elektrolit akan menjadi lebih besar selama siklus listrik, yang akan menyebabkan akumulasi lapisan, menghasilkan dalam ireversibilitas dan ketidakstabilan. Pasifasi film SEI, sedangkan graphene yang disiapkan mudah menggumpal dan terakumulasi karena struktur pipih, yang membuat efisiensi coulombiknya rendah.
2. Efek sinergis dari bahan komposit graphene / ZrP
Komposit zirkonium hidrogen fosfat dan graphene tidak hanya dapat meningkatkan konduktivitas baterai dan meningkatkan efek ekspansi volumenya, tetapi juga memiliki kapasitas penyimpanan lithium yang baik dan dapat meningkatkan kapasitas spesifik material komposit. Dibandingkan dengan bahan karbon lainnya, graphene memiliki keunggulan luas permukaan spesifik yang besar, kekuatan mekanik yang tinggi, dan konduktivitas listrik yang baik. Penelitian tentang SnO 2, FeSb 2 dan bahan lainnya telah menunjukkan bahwa pengenalan graphene dapat secara efektif meningkatkan kinerja elektrokimia.
2. Prinsip kerja komposit graphene / ZrP
Bahan komposit graphene/zirkonium hidrogen fosfat disiapkan dengan metode solvothermal, yang dapat membuat graphene yang dihasilkan menempel pada permukaan zirkonium hidrogen fosfat in situ untuk mendapatkan bahan komposit zirkonium hidrogen fosfat dan graphene. Setelah kalsinasi, graphene dapat berada di zirkonium hidrogen fosfat. Kekosongan oksigen terbentuk di kisi kristal, sehingga meningkatkan jumlah pembawa dan cacat kisi, dan meningkatkan konduktivitas. Kehadiran graphene memungkinkan pembentukan jaringan konduktif antara nanopartikel zirkonium hidrogen fosfat, yang bermanfaat untuk meningkatkan konduktivitas material secara keseluruhan. Pada saat yang sama, graphene digunakan sebagai film fleksibel untuk melapisi permukaan zirkonium hidrogen fosfat, yang dapat menyangga efek ekspansi volume selama proses pengisian dan pengosongan.
Ketiga, prospek potensial bahan komposit graphene/ZrP
1. Metode persiapan memiliki karakteristik pengoperasian yang sederhana dan mudah, reproduktifitas yang kuat, biaya rendah dan tidak mencemari lingkungan;
2. Bahan komposit zirkonium hidrogen fosfat dan graphene yang disiapkan dengan metode ini digunakan sebagai bahan elektroda negatif baterai lithium, yang dapat mengatasi masalah konduktivitas baterai yang buruk dan efek ekspansi volume yang serius, dan memiliki karakteristik stabilitas siklus yang kuat dan konduktivitas yang kuat;
3. Karena graphene memiliki konduktivitas tinggi dan luas permukaan spesifik yang besar, ia dapat secara efektif meningkatkan konduktivitas bahan komposit baterai, dan pada saat yang sama, lapisan graphene dapat secara efektif meningkatkan efek ekspansi volume bahan komposit baterai dan meningkatkan kinerja elektrokimia. dari bahan komposit baterai.
